Java JVMTI和Instrumention机制

JVMTI 介绍

JVMTI（JVM Tool Interface）是 Java 虚拟机所提供的 native 编程接口，是 JVMPI（Java Virtual Machine Profiler Interface）和 JVMDI（Java Virtual Machine Debug Interface）的替代版本。

JVMTI可以用来开发并监控虚拟机，可以查看JVM内部的状态，并控制JVM应用程序的执行。可实现的功能包括但不限于：调试、监控、线程分析、覆盖率分析工具等。

另外，需要注意的是，并非所有的JVM实现都支持JVMTI。

JVMTI只是一套接口，我们要开发JVM工具就需要写一个Agent程序来使用这些接口。Agent程序其实就是一个C/C++语言编写的动态链接库。这里不详细介绍如何开发一个JVMTI的agent程序。感兴趣的可以点击文章末尾的链接查看。

我们通过JVMTI开发好agent程序后，把程序编译成动态链接库，之后可以在jvm启动时指定加载运行该agent。

-agentlib:=

之后JVM启动后该agent程序就会开始工作。

Agent的工作形式

agent启动后是和JVM运行在同一个进程，大多agent的工作形式是作为服务端接收来自客户端的请求，然后根据请求命令调用JVMTI的相关接口再返回结果。

很多java监控、诊断工具都是基于这种形式来工作的。如果arthas、jinfo、brace等。

另外，我们熟知的java调试也是其实也是基于这种工作原理。
 

Instrumention 机制

虽然java提供了JVMTI，但是对应的agent需要用C/C++开发，对java开发者而言并不是非常友好。因此在Java SE 5的新特性中加入了Instrumentation机制。有了 Instrumentation，开发者可以构建一个基于Java编写的Agent来监控或者操作JVM了，比如替换或者修改某些类的定义等。

Instrumention支持的功能都在java.lang.instrument.Instrumentation接口中体现:

public interface Instrumentation {
    //添加一个ClassFileTransformer
    //之后类加载时都会经过这个ClassFileTransformer转换
    void addTransformer(ClassFileTransformer transformer, boolean canRetransform);

    void addTransformer(ClassFileTransformer transformer);
	//移除ClassFileTransformer
    boolean removeTransformer(ClassFileTransformer transformer);

    boolean isRetransformClassesSupported();
	//将一些已经加载过的类重新拿出来经过注册好的ClassFileTransformer转换
    //retransformation可以修改方法体，但是不能变更方法签名、增加和删除方法/类的成员属性
    void retransformClasses(Class... classes) throws UnmodifiableClassException;

    boolean isRedefineClassesSupported();

    //重新定义某个类
    void redefineClasses(ClassDefinition... definitions)
        throws  ClassNotFoundException, UnmodifiableClassException;

    boolean isModifiableClass(Class theClass);

    @SuppressWarnings("rawtypes")
    Class[] getAllLoadedClasses();

    @SuppressWarnings("rawtypes")
    Class[] getInitiatedClasses(ClassLoader loader);

    long getObjectSize(Object objectToSize);

    void appendToBootstrapClassLoaderSearch(JarFile jarfile);

    void appendToSystemClassLoaderSearch(JarFile jarfile);

    boolean isNativeMethodPrefixSupported();

    void setNativeMethodPrefix(ClassFileTransformer transformer, String prefix);
}

参考：

Java JVMTI和Instrumention机制介绍_疯狂哈丘的博客-CSDN博客_instrumentation机制

Java黑科技之源：JVMTI完全解读_javaadu的博客-CSDN博客